Na een verstoring van de gigantische draaikolk om de Noordpool kan het opeens ijskoud worden

Een gigantische draaikolk van bitterkoude lucht hangt iedere winter zo’n tien tot vijftig kilometer boven de Noordpool. De luchtmassa draait in oostwaartse richting (tegen de klok in) met een snelheid tot 300 kilometer per uur. Dat is de snelheid van de hevigste orkanen op aarde (categorie 5). De temperatuur ervan kan zakken tot ruim tachtig graden onder het vriespunt. De poolwervel (polar vortex) – zo noemen meteorologen dit verschijnsel.

Af en toe raakt de poolwervel verstoord. Dan kan arctische lucht richting het zuiden stromen. Delen van de Verenigde Staten, Azië en Europa krijgen dan vrieskou.

In Nederland gebeurde dat afgelopen week. Het KNMI gaf dinsdag code geel af in het zuidoosten van het land wegens de lage gevoelstemperatuur, tussen de -12° en -15°C. Op verschillende plekken werd geschaatst op natuurijs. De krakend koude wind volgde na een verstoring in de poolwervel eind december, schrijft het KNMI dinsdag in een bericht. Voor West-Canada en Noord-Amerika werd door diezelfde verstoring later in de week extreme kou verwacht.

In de winter van 2021 bereikte arctische lucht Texas na een verstoorde poolwervel. Op sommige plekken in die zuidelijke staat werd het kouder dan in Alaska. Na diezelfde verstoring kon in Nederland ook geschaatst worden. In januari 2019 werden in de Verenigde Staten temperaturen tot 30° onder nul gemeten. Dat was ook nadat de poolwervel was afgezwakt.

De poolwervel is geen nieuw verschijnsel (het werd al in 1853 beschreven). Ook de verstoringen en de invloed ervan op het weer in de gebieden ten zuiden van de Noordpool zijn al langer bekend. Een hevige verstoring komt gemiddeld in twee van de drie winters voor op het noordelijk halfrond.

Aarde staat scheef

Komen er steeds meer verstoringen in de poolwervel door klimaatverandering? En krijgen we dan ook meer kou, zoals afgelopen week? Die vragen leven onder klimaatwetenschappers. Daarom trekt de poolwervel nu veel aandacht.

Zowel op de Noordpool als op de Zuidpool manifesteert zich een poolwervel. Die is er alle seizoenen, maar tijdens de winter (op dat halfrond) wordt de wervel groter en sterker.

Hoe zit dat? Wie een lijn zou trekken van de Noordpool naar de Zuidpool, ziet dat de aarde scheef staat. De aarde draait om zijn as in een helling van ongeveer 23 graden. Terwijl de aarde gedurende een jaar een rondje om de zon maakt, staat door die schuine as het ene deel van het jaar de Noordpool naar de zon gericht, en het andere deel de Zuidpool. Dat is waarom we seizoenen hebben.

Wanneer het winter is op het noordelijk halfrond en de Noordpool van de zon af staat, wordt het volledig donker op de Noordpool. Dat zorgt voor een groter temperatuurverschil tussen de Noordpool en de evenaar dan in de zomer. En een temperatuurverschil wil zich gelijktrekken. De lucht komt sterk in beweging. Warme lucht stroomt vanuit het zuiden richting de Noordpool en door de draaiing van de aarde ontstaat een sterke, inmiddels afgekoelde ronddraaiende westenwind: de poolwervel. Dit gebeurt in de stratosfeer, de luchtlaag op tien tot vijftig kilometer hoogte.

Golven in de lucht

Lager in de atmosfeer, net iets ten zuiden van de poolwervel, waait de straalstroom. Dat is een harde wind op zo’n tien kilometer hoogte die met een gemiddelde snelheid van meer dan 100 kilometer per uur ook van west naar oost rond de planeet waait. De straalstroom hangt ongeveer op dezelfde hoogte als waar vliegtuigen vliegen. Piloten kunnen erop meeliften om brandstof te besparen. De straalstroom houdt als een soort muur de koude lucht van de poolwervel opgesloten in de poolcirkel.

Althans, in de stabiele situatie.

Maar soms raakt de poolwervel dus verstoord. Dan verandert de draairichting, verzwakt de wind, rekt de wervel uit of breekt die op in stukken (zoals in de winter van 2019). „Dat gaat gepaard met een dramatische opwarming van de stratosfeer”, zegt KNMI-onderzoeker Michiel van Weele. Hij is meteoroloog en doet al jarenlang onderzoek naar veranderingen in de poolwervel door klimaatverandering „Die opwarming heet een sudden stratospheric warming, SSW.” In januari 2019 bijvoorbeeld, liep de temperatuur binnen enkele dagen op van -70° naar -30°.

De oorzaak van zo’n SSW zijn grote ‘golven’ in de lucht. Die ontstaan bijvoorbeeld wanneer een luchtstroom over een hoge berg ‘breekt’. Op die manier wordt relatief warme lucht van lager in de atmosfeer omhoog geduwd. Van Weele: „Door die opwarming in de stratosfeer kan het temperatuurverschil tussen noord en zuid, de motor achter de wind, afnemen. Zo’n verstoring duurt meestal twee tot drie weken.”

De natuurkunde erachter zit in onze modellen, maar niemand begrijpt het precies

een studie in het tijdschrift Review of Geophysics uit 2020 in zijn er op het zuidelijk halfrond tot nu toe slechts één à twee SSW’s geregistreerd.

Enkele weken na een hevige verstoring van de poolwervel volgt vrieskou in zuidelijkere gebieden. „Wanneer de poolwervel verstoord raakt, gaat de straalstroom slingeren”, zegt de meteoroloog. „En dat beïnvloedt het weer in zuidelijkere gebieden. „De straalstroom houdt de poolwervel dan niet meer strak bij de poolcirkel; de straalstroom beweegt nu als een golvende slang met uitstulpsels zuidwaarts. Koude lucht kan nu, in die uitstulpsels, zuidelijker stromen.” Op die plekken komen uitbraken van vrieskou.

Vanuit de Wageningen Universiteit, via Zoom, laat meteoroloog Maarten Krol zo’n golvende straalstroom zien op een weerkaart van deze week. „Europa ligt nu precies op zo’n plek waar de straalstroom richting het zuiden uitstulpt.”

Weerkaart van 10 januari, met een uitstulping van de straalstroom die over Europa loopt

Hoewel het gevolg van een verstoorde poolwervel bekend is, begrijpt niemand precies hoe dat werkt. Van Weele: „Dat na een verstoorde poolwervel koude lucht zuidwaarts sijpelt, volgt uit weermodellen en blijkt in de praktijk ook vaak te kloppen. De natuurkunde erachter zit dus in onze modellen, maar niemand begrijpt het precies.”

Sommige klimaatwetenschappers hebben aanwijzingen gevonden dat een verstoring in de poolwervel vaker zal voorkomen door klimaatverandering.

Waardoor? Het Noordpoolgebied warmt – in het veranderende klimaat – sneller op dan de rest van de wereld, ruim twee keer zo snel als gemiddeld. Een oorzaak hiervan is het zichzelf versterkende ‘albedo-effect’. Witgekleurd ijs en sneeuw in het arctisch gebied reflecteert meer zonlicht dan het donkere water. Daardoor heeft ijs een verkoelend effect. Maar door de wereldwijde opwarming maakt het reflecterende ijs plaats voor water en wordt meer warmte vastgehouden, waardoor ook weer meer ijs smelt. Dit versterkt de opwarming.

Kleiner temperatuurverschil

En doordat de Noordpool sneller opwarmt dan de tropen, wordt het temperatuurverschil tussen noord en zuid kleiner. En temperatuurverschil tussen noord en zuid drijft de poolwervel aan. In een studie uit 2021, gepubliceerd in het blad Science, berekenden klimaatwetenschappers op basis van satellietdata en klimaatmodellen dat door de opwarmende Noordpool de poolwervel vaker verstoord zal raken.

Maar volgens meteorologen Van Weele en Krol zijn daarvoor onvoldoende aanwijzingen. Van Weele: „We weten nog te weinig over de stratosfeer om te zeggen dat klimaatverandering de poolwervel beïnvloedt. Er zijn wel wat indicaties, maar we hebben niet genoeg data van de stratosfeer om zulke conclusies te trekken.”

Vanwaar het gebrek? De stratosfeer zit pas zo’n tien jaar in de weermodellen. Van Weele: „Vroeger was er niet zo veel interesse voor de stratosfeer, want die beïnvloedt het weer op termijn van enkele weken, terwijl mensen een weersverwachting wilden voor enkele dagen.”

Uit klimaatmodellen volgt ook juist dat winden in de winter weinig worden beïnvloed door klimaatverandering, volgens de meest recente KNMI-klimaatscenario’s. Dus ook niet waarheen de winden vanuit de Noordpool waaien.

Misschien hoeven we niet te wachten tot meteorologen meer data verzameld hebben over de stratosfeer om meer te leren over de poolwervel, volgens Van Weele. „De wereld van meteorologen staat op zijn kop door de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie (AI). AI is goed in het herkennen van patronen. Het kan goed zijn dat AI ons helpt de patronen te vinden in de weermodellen die de relatie tussen de poolwerven en het weer voorspellen, maar die wij nog niet begrijpen.”

Delen





Mail de redactie